冲压工艺与模具设计

第1章　概述　1

1.1　冲压工艺特点　1

1.2　冲压工艺分类　3

1.3　塑性变形的力学基础　5

1.3.1　点的应力与应变状态　5

1.3.2　屈服准则　6

1.3.3　塑性变形时应力与应变的关系　7

1.3.4　金属变形时硬化现象和硬化曲线　7

1.3.5　各种冲压成形方法的力学特点与分类　8

1.4　冲压技术发展　13

1.5　冲压用材料　16

1.5.1　冲压对材料的基本要求　16

1.5.2　材料力学性能与冲压成形性能的关系　17

1.5.3　常用冲压材料　19

1.6　冲压设备的选用　21

1.6.1　冲压设备类型的选择　21

1.6.2　冲压设备规格的选择　22

思考与练习　25

第2章　冲裁工艺与模具设计　26

2.1　冲裁工艺分析　26

2.1.1　冲裁变形过程　26

2.1.2　冲裁时的变形区　27

2.1.3　板料受力情况　28

2.2　冲裁件质量及影响因素　28

2.2.1　冲裁件断面特征与尺寸特征　29

2.2.2　影响冲裁件质量的因素　30

2.3　冲裁模间隙　33

2.3.1　间隙对冲裁工作的影响　33

2.3.2　合理间隙值的确定　33

2.4　凸、凹模刃口尺寸的计算　36

2.4.1　凸、凹模刃口尺寸计算原则　36

2.4.2　刃口尺寸计算方法　37

2.5　排样　42

2.5.1　排样的意义和材料利用率　42

2.5.2　排样形式的确定　44

2.5.3　搭边和条料宽度的确定　45

2.6　冲裁工艺力的确定　49

2.6.1　冲裁力的计算　49

2.6.2　降低冲裁力的方法　49

2.6.3　卸料力及推件力的计算　51

2.7　冲裁工艺设计　52

2.7.1　冲裁件的工艺性分析　52

2.7.2　冲裁加工的经济性分析　54

2.7.3　冲裁工艺方案的确定　57

2.8　冲裁模的基本类型与构造　59

2.8.1　冲裁模分类　59

2.8.2　冲裁模结构分析　59

2.9　冲模主要零件的设计及标准的选择　68

2.9.1　模具零件的分类　68

2.9.2　冲模标准化的意义　69

2.9.3　工作零件的设计与标准的选用　70

2.9.4　定位零件　78

2.9.5　卸料及出件零件　84

2.9.6　固定与紧固零件　87

2.9.7　导向零件　90

2.10　冲裁模结构设计　91

2.10.1　落料模具典型结构及尺寸关系　91

2.10.2　冲模压力中心的确定　92

2.10.3　冲模的闭合高度的确定　93

2.11　精密冲裁工艺与模具设计　94

2.11.1　精冲工艺设计　94

2.11.2　精冲模具设计　97

思考与练习　101

第3章　弯曲工艺与模具设计　103

3.1　弯曲变形分析　103

3.1.1　弯曲变形过程　103

3.1.2　弯曲变形分析　104

3.1.3　弯曲变形区的应力应变状态　106

3.2　宽板弯曲时的主应力值和应力中性层的位置　107

3.3　弯曲件质量分析　110

3.3.1　弯裂与最小相对弯曲半径　110

3.3.2　弯曲件的回弹　112

3.3.3　弯曲时的偏移　115

3.4　弯曲加工的工艺性要求和工艺计算　116

3.4.1　弯曲加工的工艺性要求　116

3.4.2　弯曲件的工序安排　117

3.4.3　弯曲力的计算　118

3.4.4　弯曲毛坯尺寸的计算　120

3.5　弯曲模具设计　121

3.5.1　V形件弯曲模　121

3.5.2　U形件弯曲模　122

3.5.3　帽罩形件弯曲模(四角弯曲模)　123

3.5.4　Z形件弯曲模　124

3.5.5　圆形件弯曲模　124

3.5.6　级进弯曲模　126

3.6　凸、凹模工作部分尺寸确定　126

思考与练习　128

第4章　拉深工艺与模具设计　130

4.1　拉深变形过程分析　131

4.1.1　拉深变形过程及特点　131

4.1.2　拉深变形的应力和应变　132

4.1.3　拉深过程的力学分析　133

4.1.4　拉深成形障碍及防止措施　137

4.2　直壁旋转体零件拉深工艺设计　139

4.2.1　拉深件毛坯尺寸的确定　139

4.2.2　拉深系数及其影响因素　141

4.2.3　无凸缘圆筒件拉深次数和工序件尺寸的确定　145

4.2.4　有凸缘圆筒形件的拉深方法及工艺计算　147

4.2.5　阶梯圆筒形件的拉深　151

4.3　非直壁旋转体零件拉深　152

4.3.1　非直壁旋转体零件拉深特点　152

4.3.2　球面零件的拉深方法　153

4.3.3　抛物面零件的拉深方法　154

4.3.4　锥形零件的拉深方法　154

4.4　盒形件拉深　155

4.4.1　盒形件拉深的特点　155

4.4.2　盒形件拉深毛坯的形状与尺寸的确定　157

4.4.3　盒形件拉深变形程度　158

4.4.4　高盒形件多工序拉深方法及工序件尺寸的确定　159

4.5　拉深工艺设计　161

4.5.1　拉深零件的结构工艺性分析　161

4.5.2　压边装置及压边力　162

4.5.3　拉深力与拉深功　165

4.5.4　拉深工艺的辅助工序　166

4.6　拉深模具设计　168

4.6.1　拉深模具分类及典型结构　168

4.6.2　拉深模工作部分的结构和尺寸　169

4.7　其他拉深方法　174

4.7.1　软模拉深　174

4.7.2　变薄拉深　176

思考与练习　178

第5章　其他成形工艺及模具设计　180

5.1　翻边　180

5.1.1　圆孔翻边　181

5.1.2　外缘翻边　185

5.1.3　非圆孔翻边　186

5.1.4　变薄翻边　187

5.2　缩口　188

5.2.1　缩口的变形过程　188

5.2.2　缩口系数　189

5.2.3　缩口时管坯的尺寸计算　190

5.2.4　缩口力的计算　191

5.2.5　缩口模结构　191

5.3　旋压　192

5.3.1　普通旋压　192

5.3.2　变薄旋压　193

5.4　胀形　194

5.4.1　胀形成形特点及成形极限　195

5.4.2　局部胀形　196

5.4.3　圆柱空心毛坯的胀形　199

5.4.4　张拉成形　201

5.4.5　胀形模设计举例　204

5.5　覆盖件的成形　205

5.5.1　覆盖件的成形特点　205

5.5.2　覆盖件冲压工艺要点　205

思考与练习　209

第6章　多工位级进冲压工艺与级进模设计　210

6.1　概述　210

6.2　多工位级进模的排样设计　211

6.2.1　工序确定与排序　213

6.2.2　载体设计　216

6.2.3　分段冲切设计　217

6.2.4　空工位设置及步距设计　219

6.2.5　定位形式选择与设计　219

6.3　多工位级进模典型结构　221

6.3.1　冲孔落料多工位级进模　221

6.3.2　冲裁弯曲多工位级进模　222

6.3.3　冲裁拉深多工位级进模　226

6.3.4　落料复位成形多工位级进模　227

6.4　多工位级进模主要零件设计　228

6.4.1　级进冲压模具零件分类及设计原则　228

6.4.2　模具主要零件设计　229

6.5　安全检测装置　238

6.6　级进模的尺寸标注　240

思考与练习　242

第7章　经济型冲压模具的设计　243

7.1　聚氨酯橡胶模　243

7.1.1　聚氨酯橡胶的性能　243

7.1.2　聚胺酯橡胶冲裁模　244

7.1.3　聚氨酯橡胶成形模　246

7.2　铋-锡低熔点合金模　248

7.3　锌基合金模　249

7.3.1　锌基合金冲模用材料　250

7.3.2　锌基合金冲裁模　251

7.3.3　锌基合金成形模　252

7.4　通用冲模与组合冲模　253

7.4.1　逐次冲裁法和通用冲裁模　253

7.4.2　组合冲模　254

7.5　钢带冲模　255

7.5.1　切刀式钢带冲模　255

7.5.2　常规式钢带冲模　256

7.5.3　样板式钢带冲模　256

思考与练习　257

第8章　氮气弹簧在冲压模具中的应用　258

8.1　氮气弹簧的作用与发展概况　258

8.2　氮气弹簧的设计原理与特性　259

8.3　氮气弹簧的结构　262

8.4　氮气弹簧在冲压中的应用　264

思考与练习　267

第9章　冷挤压工艺与模具设计　268

9.1　冷挤压工艺分类及变形特点　268

9.1.1　冷挤压工艺分类及应用　268

9.1.2　冷挤压金属的变形分析　269

9.1.3　挤压变形程度　271

9.2　冷挤压原材料与挤压毛坯的准备　272

9.2.1　冷挤压用原材料　272

9.2.2　冷挤压毛坯的形状及尺寸的确定　272

9.2.3　冷挤压毛坯的加工方法　273

9.2.4　冷挤压毛坯的软化和表面处理　274

9.3　冷挤压力的确定　275

9.3.1　冷挤压力-行程曲线　275

9.3.2　影响挤压力的主要因素　275

9.3.3　冷挤压力的确定　276

9.3.4　冷挤压力机的选用　279

9.4　冷挤压工艺设计　281

9.4.1　冷挤压件的结构工艺性分析　281

9.4.2　冷挤压工艺方案的制订　282

9.4.3　不同冷锻工序的一次成形范围　283

9.5　冷挤压模具设计　285

9.5.1　典型冷挤压模具结构　285

9.5.2　冷挤压凸模、凹模设计　287

9.5.3　预应力组合凹模的设计　289

思考与练习　291

第10章　冲压工艺规程的编制　292

10.1　冲压工艺规程编制的主要内容和步骤　292

10.1.1　制定冲压工艺规程的原始资料　292

10.1.2　制定冲压工艺规程的一般步骤及内容　292

10.2　冲模设计方法与步骤　296

10.2.1　冲模类型及结构形式的确定　296

10.2.2　冲模零件的设计及标准的选用　297

10.2.3　冲模总装配图的内容及绘制要求　297

10.2.4　冲模零件图绘制　299

10.2.5　设计说明书的编写　299

10.3　冲压工艺与冲模设计举例　299

思考与练习　304

第11章　金属板材成形新技术　305

11.1　概述　305

11.2　电磁成形　306

11.2.1　电磁成形原理及特点　306

11.2.2　电磁成形的应用　307

11.3　粘性介质压力成形　309

11.4　数控增量成形　311

11.4.1　数控增量成形原理及特点　311

11.4.2　增量成形的应用　312

11.5　无模多点成形　313

11.5.1　无模多点成形原理及特点　313

11.5.2　无模多点成形的应用　314

11.6　液压成形　315

11.7　激光成形　317

11.7.1　激光热应力成形　317

11.7.2　激光冲压成形　319

11.8　冲压工艺及模具CAD/CAE/CAM　320

11.8.1　冲压工艺及模具CAD/CAE/CAM概况　320

11.8.2　冲模CAD技术　322

11.8.3　冲模CAM技术　323

11.8.4　冲模CAE技术　324

11.8.5　冲压工艺及模具CAD/CAE/CAM应用软件介绍　325

思考与练习　326

第12章　冲压模具的失效形式及冲模材料的选择　327

12.1　冲压模具的失效形式　327

12.1.1　冲压模具的工作条件及失效形式　327

12.1.2　影响冲模寿命的因素及提高冲模寿命的措施　330

12.2　冲压模具材料的选用　332

12.3　模具材料的热处理　334

12.4　模具材料的表面处理　335

思考与练习　338

参考文献　339

本书系统地介绍了冲压工艺与模具设计，内容包括各类冲压工艺理论、工艺特点、工艺分析、工艺计算、模具设计及设备的选用。重点讲述了冲裁工艺与模具设计、弯曲工艺与模具设计、拉深工艺与模具设计、多工位级进冲压工艺与模具设计，以及模具材料及处理与板料冲压成形新技术、新工艺。
　　本书可作为高等学校材料成型及控制工程、模具设计与制造、机械制造及自动化等专业的本科及高职教材，也可供从事冲压生产和科研工作的工程技术人员参考。